准确地知道基因在说什么以及在哪里

科学家现在可以发现，由于威尔康奈尔医学研究人员发明了一种技术，组织样本中基因活动的细节如何从一种细胞类型到另一种细胞类型不同。该技术在10月15日发表在Nature Biotechnology上的论文中有所描述，它将使生物学家能够更好地理解体内不同细胞类型的独特分子运作。它还可以改善对由异常基因活性引起的疾病的理解和治疗。

“个体基因可以'说'不同的东西，真正的意义通常需要听完整个短语，而不是单个单词，”高级研究作者Hagen U. Tilgner博士说，他是Feil Family Brain and Mind的神经科学助理教授威尔康奈尔医学研究所。“我们的新方法基本上允许我们记录每个基因在每个细胞中表达的完整短语，称为同种型。”

基因的关键功能是存储制造蛋白质的代码，即细胞的主力分子。当蛋白质编码基因在细胞中有活性时，酶会反复将其复制到称为转录物的单个RNA分子中。这些被进一步处理成为信使RNA分子(mRNA)，其意图携带用于将特定蛋白质构建到细胞的蛋白质制造机器的特定说明。问题在于给定的基因并不总能产生相同的mRNA。根据细胞的情况或细胞类型，可以将基因的RNA转录物加工 - 切片并重新复制成不同的mRNA同种型，其依次编码不同的蛋白质。这是大自然用少花钱多办事的方式之一。

科学家们知道，体内数百种不同的细胞类型不仅在于它们的活性基因模式，而且还在于这些基因产生的特定mRNA同种型。然而，还没有用于区分在不同细胞类型中产生的不同mRNA同种型的有效技术，尤其是当细胞样品是包含多种混合在一起的细胞类型的大块组织样品时。“我们还没有一种技术能够在数千个细胞中记录细胞产生的确切mRNA同种型，”共同第一作者，Tilgner博士实验室的博士后研究员Ishaan Gupta博士说。

在新技术中，大样本中的细胞被一个接一个地捕获在微小的液体液滴中。在每个被捕获的细胞中，mRNA被转化为更稳定的DNA分子，然后用独特的DNA标记物 - “条形码”标记 - 鉴定该细胞。然后可以使用所谓的短读和长读技术对这些数万个转化的mRNA进行测序。短读序列数据提供了基因活动的全貌，并允许识别细胞类型，例如神经元或免疫细胞。长读序列数据揭示了细胞中每个活性基因产生的特定mRNA同种型。条形码将这些mRNA序列数据与个体细胞联系起来。

使用称为ScISOr-Seq(单细胞ISO形式RNA测序)的技术，科学家们能够获取含有约6,000个细胞的小鼠脑组织样本，通过基因活动模式将细胞分组成不同的细胞类型，然后鉴定每种细胞类型中产生的不同mRNA同种型。刚从最初的演示中发现的研究结果显示，以前从未在小鼠大脑中描述过数千种mRNA同种型。

Tilgner博士及其同事现在计划将基于ScISOr-Seq的研究扩展到更多的组织和细胞类型。他们还打算使用该技术比较患病细胞中的mRNA同种型与健康细胞中的 mRNA同种型。异常的mRNA同种型越来越多地被认为是疾病的原因，包括一些癌症。

“ScISOr-Seq有可能揭示更多致病异构体和它们起作用的细胞类型，”Tilgner博士实验室神经科学的共同第一作者Paul Collier表示，“这可能反过来导致对新的疾病治疗方法。“